论引入仿真和创新意识拓展的意义

如何更大程度地提高实践教学水平，成为从事电力电子技术教学人员教研的重点，很多教育工作者都在电力电子的教学实践上提出了建设性的意见，并取得了较好的效果[4-6]。

1仿真教学引入与创新思维拓展

1.1引入仿真实验教学的必要性

电力电子技术课程理论教学中，十分注重对电路的波形与相位分析，电力电子系统中出现的电压、电流等波形分析，以方便理解电力电子器件在电路中导通与截止的开关过程，从而加深对整流、逆变、交流变换、PWM控制技术等知识的理解。大量的波形分析内容，如果在黑板上手工画，是一个比较困难的事情，并且学生不易理解。通过在仿真实验教学环节中完成，同时回馈到多媒体教学，会取得更好的教学效果，所以，引入仿真教学是对理论课教学的必要补充[7]。

另外，一些较为复杂的电力电子电路创新和综合性实验，无法通过模拟实验完成实践课教学，通过引入仿真教学，扩大实验教学的维度，扩大了实践教学的可操作性。电力电子技术是电力技术、电子技术和控制技术交叉学科，学生仅通过理论教学很难理解学科交叉性，对电力电子技术的认识也不够全面，通过引入仿真教学，既能加强学生对主电路的认识，也能加强学生对控制电路的认识，为后续课程，如“现代电力电子技术”、“电力拖动自动控制系统”等课程打下坚实的基础[8]。在结合当今产业发展的重点研究领域，如新能源发电、电动汽车、变频调速、柔性交流输电、高压直流输电等，具有一定的前瞻性和创新性，然而受到实验设备的局限性无法完成，引入仿真教学，可以进行对新技术的研究，拓展学生的工程意识[9]。仿真实验教学的引入，很好地解决了上述问题，同时提高了调试和设计的灵活性，可以最大限度地实现创新思维的发挥，开阔学生视野。

1.2创新思维培养与拓展

创新思维就是带有创见性的思维，更具体地说，是指学生在学习过程中善于独立思索和分析，不因循守旧，能主动探索、积极创新的思维因素[10]。从创新思维的角度来看，创新教育就是要培养学生的辩证思维能力、隐喻联想思维能力、发散思维能力以及有助于创新思维的非智力因素。对知识的“开垦性”越高，知识的系统性越强，减缩性越大，迁移性越灵活，则创造性就越突出[11]。创新人才培养是教育者及全社会共同关注的热点话题，更是推动我国尽快走上创新驱动发展轨道的现实的迫切需要。电力电子技术实验教学的目的是培养宽口径、厚基础、强能力的创新型人才，实验教学作为培养大学生基本技能、实践能力、创新意识的关键教学环节，应该把培养人才的综合素质和能力作为出发点和归宿，学生在校期间创新思维的培养显得尤为重要[12]。电力电子技术实践教学中，虽然有一些产学研结合和科技创新方面的课题，学生也有参与热情，但对于这种创新的课题，学生感觉高不可攀，遥不可及，然而，软件仿真实验调试和设计灵活，可最大限度地实现创新思维的发挥，同时也能解决人才缺乏和行业需求的矛盾，开阔学生视野，增强就业竞争力[13]。

2仿真教学开展实例分析

直流—直流变换(斩波电路)是电力电子技术教学的重点内容，其中，升降压斩波电路、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路及Zeta斩波电路结构不同，但其输入输出关系完全相同，此处通过应用PLECS软件，加强学生对电力电子控制技术的分析，通过开展仿真教学，提高学生创新能力。

2.1理论教学与电路工作原理分析

升降压斩波电路、Cuk斩波电路和Sepic斩波电路如图1(a)、(b)、(c)所示，可见电路拓扑结构不同，升降压斩波电路的工作原理为：当V处于通态时，电源E经过开关管V向电感供电储能;V处于断态时，电感中储存的能量向负载释放[14]。Cuk斩波电路当V处于通态时，E—L1—V回路和R—L2—C—V回路分别流过电流。V处于断态时，E—L1—C—VD回路和R—L2—VD回路分别流过电流，负载电压极性与电源电压极性相反，为反极性斩波电路。Sepic斩波当V处于通态时，E—L1—V回路和C1—V—L2回路同时导通，L1和L2同时储能。V处于断态时，E—L1—C1—VD—负载回路及L2—VD—负载回路同时导通，此阶段E和L1既向负载充电，同时也向C1充电，C1储存的能量在V处于通态时向L2转移。

2.2电路的PLECS仿真分析

在传统升降压斩波电路分析中，只注重主电路分析，而关于全控器件如何控制以及系统开闭环形式等内容，往往忽略了讲解和分析，此外，导出电路的输入输出关系后，对不同电路结构下，为什么具有相同的输入输出关系不作明确解释，各个电路的特点和利弊不作分析，从而使得学生在开关电源设计等方面具有很大的困惑，同时，学生的学习过程变为被动的知识传教，也无法引起学生的学习兴趣，更谈不上创新思维的开发[15]。此处，引入PLECS仿真软件，构建3种电路的仿真系统，分别如图2(a)、(b)、(c)所示，系统中电路仿真参数按图示进行选取，此处输入电压选为10V，占空比设为α=0.6，进行系统的仿真，仿真结果分别如图3(a)、(b)、(c)所示。通过PLECS仿真软件引入，辅助了对斩波电路的分析，学生可以充分理解在主电路背后，由于电路拓扑结构不同，其电路的运行效果不同，如：Cuk斩波电路与升降压斩波电路相比，其输入电源电流和负载电路都连续，脉动小，有利于输入、输出进行滤波。Sepic斩波电路为正极性斩波电路，而其他2种为反极性斩波电路。如此，结论和总结都可以通过仿真结果得到更清晰的认识。另外，学生可以借助仿真手段，灵活地修改参数，分析不同参数下电路的输入、输出关系，还可借助于其他的控制方式，研究在不同的控制方式下对系统的控制效果，从而为以后设计开关电源构造闭环系统打下基础，对电力电子技术是电力学、电子学和控制理论交叉学科有更清晰的认识。

3结束语

在工科专业教学中，培养学生的创新思维，提高其工程意识和工程能力具有重要的意义，结合在电力电子技术教学过程中出现偏重主电路讲解、忽略控制电路讲解，强化理论灌输、忽略创新实验开展，学生被动学习、主动性和创新意识不强等一系列问题，提出将PLECS软件仿真教学引入实践教学过程中，作为传统教学的有益补充。论文分析了升降压斩波电路、Cuk斩波电路和Sepic斩波电路的具体工作原理，并结合具体实例给出开展仿真教学的必要性和可行性，以期在电力电子实际教学过程中实现理论教学和实践教学环节的相互协调、相互补充，更大程度地提高教学质量，提高学生解决复杂问题的能力，培养学生的创新意识。

作者：苏良昱 王武葛瑜       单位：许昌学院电气信息工程学院